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行业知识

生物质颗粒燃烧机改造及运行调整方法

生物质颗粒燃烧机改造及运行调整方法

摘要:介绍了NOx生成机理及双尺度低NOx燃烧技术,指出低NOx生物质颗粒燃烧机改造后运行的核心是控制炉内局部区域的空燃比和炉内燃烧的最高温度。介绍了1台300 MW机组锅炉进行双尺度低NOx生物质颗粒燃烧机改造的方案,改造后NOx的排放值能大幅降低。探讨了低NOx生物质颗粒燃烧机改造后锅炉的优化控制以及对锅炉经济性的影响。运行氧量降低能够有效降低NOx的生成,然而却会导致飞灰含碳量的增加。同样地,加大燃尽风量也能减少NOx,但飞灰含碳量也会相应增加。在不同的煤质、机组负荷、磨煤机组合的情况下,NOx的排放也会有所区别。本文可为国内燃煤锅炉低NOx生物质颗粒燃烧机的改造及优化运行提供借鉴。

    随着世界范围内环保压力的与日俱增,燃煤电厂的NOx排放越来越受到重视,其与电厂的节能降耗也密切相关。在降低NOx排放方面,低NOx生物质颗粒燃烧机是一个重要选择,目前国内外已经开发出了多种型式的低NOx生物质颗粒燃烧机,其性能各有优劣n捌。在国内已有许多燃煤电厂将原来锅炉的普通生物质颗粒燃烧机改造成为了低NOx生物质颗粒燃烧机,在降低NOx排放方面取得了明显的成效。3-铂。在这些改造中,双尺度低NOx燃烧技术是较常采用的技术之一同。然而,由于NOx的产生与燃烧控制有着密切的关系,因此即使采用了低NOx生物质颗粒燃烧机仍然需要在锅炉运行中进行优化调整。在这个层面上,目前国内仍需要继续摸索和积累经验。

    本文首先介绍了张家口发电厂1台300 MW机组进行低NOx生物质颗粒燃烧机改造的情况。在摸索运行经验酌基础上提出了低NOx燃烧工况下的锅炉优化控制与调整方法,在合理降低NOx排放的同时尽可能地保证锅炉的经济性,可为国内燃煤锅炉低NOx生物质颗粒燃烧机改造及优化运行提供借鉴。

1  低NOx燃烧技术

1.1  NOx生成机理

    根据NOx的生成机理,共有三种类型的NOx。一是燃料型,即燃料中的氮化合物在燃烧过程中热分解之后又氧化而形成的NOx,占总量的80%~90%,这部分NOx的量主要取决于空气燃料混合比瞳燃比),而较少依赖于反应温度。二是热力型,即空气中的氮气在高温下氧化生成的NOx,占总量的10%~20%,其最为敏感的影响因素是温度,当温度高于1 500℃时随着温度的提高,热力型NOx会急剧增加。三是快速型,即燃烧时空气中的氮和燃料中的碳氢原子团反应而形成的NOx,其所占比例很小,一般不予考虑。

    低NOx生物质颗粒燃烧机改造的主要思路为控制燃料型及热力型NOx的生成,基于NOx的生成特点,主要就是控制炉内局部区域的空燃比娃剩空气系数)和炉内燃烧的最高温度。

1.2  双尺度低NOx燃烧技术

    双尺度低NOx燃烧技术是近年来较为常用的一种新技术,它以炉内影响燃烧的两大关键尺度妒膛空间尺度和煤粉燃烧过程尺度)为重点关注对象,全面实施系统优化,达到防渣、燃尽、低NOx -体化的目的。

    双尺度实现低NOx燃烧的优势之一是强防渣、防高温腐蚀,炉膛中心形成了“中心区”有较高煤粉浓度、较高温度、适宜氧浓度、较高燃烧强度,炉膛近壁区形成为较低温度、较低CO浓度、较高0,浓度铅程逐步掺入中心区)和有利于阻止灰粒附壁,延长了冷却路径。在煤粉燃烧过程尺度上优化了燃烧不同阶段三场特性t;'a度场、速度场及颗粒浓度场)差异,使火焰边部可控可调,保证近壁区三场特性利于防渣。

    双尺度实现低NOx燃烧的优势之二是高效稳燃。采用低NOx生物质颗粒燃烧机、一次风喷口集中且浓淡组合、接力热回流环涡稳燃等技术手段,环涡内碳粒有较高的内回流率延长了在环涡内停留时间,显著提高了环涡内碳燃烧发热量。环涡稳燃、着火、碳燃烧、碳燃尽全过程链环稳固,这是优于单纯喷口稳燃的原因所在。

2  改造结果

    张家口发电厂计划对8台300 MW机组锅炉进行低NOx生物质颗粒燃烧机改造,并在2011年对3号锅炉燃烧系统实施了改造。

2.1设备概况

    3号锅炉是由东方锅炉厂生产的DG1025/18. 2-Ⅱ4型亚临界、中间再热、自然循环、全悬吊、平衡通风、燃煤汽包炉。制粉系统为中速磨冷一次风正压直吹式系统,采用四角切圆直流摆动式生物质颗粒燃烧机,在炉膛中心形成D700与D500的两个假相切圆。生物质颗粒燃烧机喷口公设6层一次风喷口,9层=次风喷口,其中两层布置有燃油装置,上组生物质颗粒燃烧机最上层设有一层顶二次风喷口,以利于降低NOx的生成量,煤粉生物质颗粒燃烧机采用高强螺栓固定在水冷壁上,随水冷壁一起膨胀。

2.2改造方案

    将原来的3层生物质颗粒燃烧机以最下层生物质颗粒燃烧机为标准,其余生物质颗粒燃烧机标高向下移,所有生物质颗粒燃烧机合并为主生物质颗粒燃烧机区;在主生物质颗粒燃烧机区上方约6m处加装了4层燃尽风,从原二次风箱顶部向上延伸加装燃尽风箱,并调试安装了其附属设备。

    改造后生物质颗粒燃烧机周界风门、二次风门执行机构全部换新,要求每个二次风门、周界风都要进入DCS。主生物质颗粒燃烧机区域火嘴摆动执行机构由以前的三组更换为一组,统一由一个气缸驱动。生物质颗粒燃烧机四个角的摆动单独反馈进入主机DCS系统进行监视。

    生物质燃烧机一般把一次风分成浓淡两股,浓相在内,更靠近火焰中心;淡相在外,贴近水冷壁。浓相在内着火时,火焰温度相对较高,但是氧气比相对较少,故生成的氮氧化物的几率相对减少;淡相在外,氧气比相对较大,但由于距火焰高温区域较远,温度相对较低,故氮氧化物的生也不会很多。

2.3改造前后NOx排放对比

    经过改造前后的实际测量,在正常运行控制条件下NOx排放值能从高达900 mg/Nf113左右降低到290 mg/Nm3左右,如图1所示,这表明燃烧器改造的效果较为明显。

3  改造后优化调整

    根据氮氧化合物生成机理,影响氮氧化合物生成量的因素主要有火焰温度、生物质颗粒燃烧机区段氧浓度、燃烧产物在高温区停留时间和煤的特性,而降低氮氧化合物生成量的途径主要有两个方面

    图l生物质颗粒燃烧机改造前后NOx排放值

降低火焰温度,防止局部高温;降低过量空气系数和氧浓度,使煤粉在缺氧的条件下燃烧。但如果缺氧的话,锅炉飞灰增加,锅炉效率将会受到影响。既要低氮,又要保证降低飞灰提高锅炉效率,这对锅炉实际运行调整增加了不小的难度。

    通常,有一个最佳的运行氧量,排烟损失和气体、固体未燃尽损失之和最低,锅炉效率最高。但是由于低氮改造后生物质颗粒燃烧机下移合并为主燃烧区,要求采用低氧燃烧,过剩空气系数低,完全依靠顶层燃尽风燃烧,煤粉燃尽效果不明显,在线飞灰采集显示飞灰偏大。同时为维持再热汽温,现经常采用上层制粉系统,且一次风压大,二次风辅助风开度不足,加剧了飞灰的产生。

3.1氧量对NOx排放的影响

    煤粉燃烧过程即为各种剧烈的化学反应过程,氧浓度越高,挥发分燃烧和焦炭燃烧过程越快,生成的NOx越多,生物质颗粒燃烧机改造通过控制不同燃烧区域的氧浓度来抑制NOx生成。挥发分在燃烧初期欠氧状态下,NOx生成速率慢,相对增加了还原气氛,有利于消减NOx。焦炭燃烧过程中合理送风可避免其剧烈燃烧,亦能抑制N转化为NO的速率。在燃烧后期增大氧浓度以降低飞灰可烘物和CO含量。增大过量空气系数,即增加了各区域的氧浓度,生成的NOx也越多。不同荷下氧量增加,NOx排放都将增加。图2给出了机组250 MW负荷下实测炉膛出口氧量与NOx排放的关系曲线,可见NOx生成量与氧量有明显的正比关系。

3.2  氧量和燃尽风对经济性的影响

    由于低NOx生物质颗粒燃烧机的一个基本机理就是低氧燃烧,因此锅炉飞灰中的含碳量会比正常运行方式下要高,对锅炉经济性有所影响。图3给出了机组250 MW负荷下实测炉膛出口氧量与飞含碳量的关系曲线,可以看到飞灰含碳量约在2%~3%左右,且氧量越高,飞灰含碳量越低。

2  改造后的燃烧系统进行深度空气分级燃烧,增大高位燃尽风份额,主燃烧区配风份额相应减少,能大幅降低NOx排放,主燃烧区欠氧燃烧及火焰中心上移,对锅炉安全及经济性造成影响。低氮燃烧的要求为低氧燃烧,就高负荷工况下燃烧调整方法与以前无明显区别,一层喷燃器摆动火嘴尽量水平位,可以减少喷燃器层与层之间间隙漏风。而主生物质颗粒燃烧机摆角是调节主蒸汽和再热蒸汽汽温的主要手段之一,随着摆甬上摆,炉内火焰中心上移,NOx和减温水流量均明显增大。这说明生物质颗粒燃烧机改造后整个燃烧过程延长,各燃烧区域的温度场、速度场和烟气成分浓度场特性对火焰中心反应敏感。其次,由于制粉系统布置的比以前要更加紧凑,二次风门的组合方式也对气温、飞灰以及NOx有很大的影响,通过实际运行发现,开大燃尽风可以降低NOx,而尽量开大下层二次风门可以降低飞灰,除了根据煤质的变化,改变风门的开度,还要根据工况,制粉系统的组合来进行摸索与总结。

3.3煤质、负荷、制粉系统组合对NOx排放影响

在燃烧和各工况稳定的情况下,生成和还原过程平衡后NOx)基本稳定,影响的主要因素为煤的组成成分。NOx生成还原过程与挥发分和灰分有关,所以可以看出煤质的选择也对NOx的排放有很大的影响。

    负荷对NOx排放影响一般情况下,锅炉负荷越高,燃烧过程越剧烈,炉内各区域和火焰中心温度越高,NOx生成速率越快,同时热力型NOx宣气中N:在高温情况下氧化而成)生成速度越快。

    而制粉系统的运行方式也对NOx有很大的影响,6台磨煤机运行比下5台磨煤机运行的NOx排放低,有1、2、3号磨煤机组合运行的NOx排放也低,说明改造后氧化燃烧区和集中还原区功能设计技术运用合理。上层磨煤机运行火焰中心上移,NOx排放增加明显。

4结论

    d)介绍了NOx生成机理及双尺度低NOx燃烧技术,指出低NOx生物质颗粒燃烧机改造的主要思路为控制燃料型及热力型NOx的生成,即控制炉内局部区域的空燃比缸剩空气系数)和炉内燃烧的最高温度

    Q)介绍了1台300 MW机组锅炉进行双尺度低NOx生物质颗粒燃烧机改造的方案,经过改造NOx的排放值能大幅降低,改造效果明显,

    G)探讨了低NOx生物质颗粒燃烧机改造后锅炉的优化调整和控制,分析了氧量、燃尽风、煤质等对NOx生成、锅炉经济性等的影响。指出在降低NOx排放的同时必然会对经济性有所影响。

    4)本文可为国内燃煤锅炉低NOx生物质颗粒燃烧机的及优化运行提供借鉴。


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点击次数:  更新时间:2017-08-11 21:35:38  【打印此页】  【关闭